Какие машины используются для изготовления солнечных панелей?

Зайдя на завод по производству солнечных панелей, вы не увидите один гигантский станок, превращающий сырье в готовые панели. На самом деле вы увидите связанную производственную линию, где каждый станок выполняет свою часть работы: резку элементов, пайку их в стринги, раскладку стрингов, ламинирование модуля, установку рамы и, наконец, тестирование готовой панели.

На бумаге это звучит довольно просто. В реальном производстве каждый процесс влияет на следующий. Небольшая ошибка позиционирования при раскладке может привести к появлению пузыря или дефекта выравнивания после ламинации. Плохое паяное соединение может выглядеть нормально для человеческого глаза, но проявляться как темная область при EL-контроле.

Вот почему хорошая линия производства солнечных панелей должна работать как одна сбалансированная система, а не как случайный набор станков.

Прежде чем рассматривать оборудование, есть одно важное различие.

Эта статья посвящена линии производства солнечных модулей— заводу, который закупает готовые солнечные элементы и собирает их в солнечные панели. Производство солнечных элементов из кремниевых пластин — это другой процесс, включающий оборудование для влажной химической обработки, диффузионные печи, системы PECVD или ALD, трафаретные принтеры, печи обжига и другие специализированные станки.

Итак, какие станки используются для изготовления готовой солнечной панели?

1. Тестер и сортировщик солнечных элементов

Солнечные элементы из одной производственной партии не всегда электрически идентичны. Их ток, напряжение и максимальная мощность могут незначительно различаться. Если элементы со значительно разными электрическими характеристиками соединить в одном стринге, элемент с наименьшей производительностью может ограничить выход всего стринга.

Тестер солнечных элементов измеряет такие параметры, как:

• Напряжение холостого хода

• Ток короткого замыкания

• Максимальная мощность

• Эффективность элемента

• Характеристики I-V кривой

Система сортировки затем группирует элементы с похожими характеристиками.

Некоторые производственные линии также используют автоматический оптический контроль или EL-контроль на уровне элементов для выявления краевых сколов, скрытых трещин, загрязнений и электрически неактивных зон до того, как элементы поступят на процесс стрингования.

Это может показаться небольшим шагом, но точная сортировка помогает снизить электрическую несовместимость и улучшить однородность готовых модулей.

2. Лазерный станок для резки солнечных элементов

Большинство современных солнечных модулей используют элементы, разрезанные пополам. Черепичные и другие специальные конструкции модулей могут использовать еще более мелкие части элементов. В таких случаях полноразмерные солнечные элементы необходимо разделить перед стрингованием.

Лазерный станок для резки солнечных элементов наносит надрезы и разделяет элементы с высокой точностью. В зависимости от конструкции модуля он может разрезать элементы на половинки, трети или более мелкие части.

Используются два распространенных метода резки:

• Обычное лазерное скрайбирование с последующим механическим разделением

• Бесконтактная лазерная резка, предназначенная для снижения механических и термических напряжений

Бесконтактная резка становится все более важной по мере того, как элементы становятся тоньше и больше. Микротрещины, возникающие при резке, могут расширяться во время стрингования, ламинирования, транспортировки или длительной эксплуатации на открытом воздухе.

Если завод производит только полноразмерные модули, лазерный станок для резки может не понадобиться. Однако для производства половинчатых и черепичных модулей он является ключевой частью линии.

3. Таббер-стрингер

Таббер-стрингер часто считается сердцем производственной линии солнечных панелей.

Его основная задача — припаивать фотоэлектрическую ленту к отдельным элементам и соединять элементы последовательно, образуя стринги. Современные машины обычно объединяют процессы таббирования и стрингования в один автоматический процесс.

Таббер-стрингер обычно выполняет:

• Загрузку и разделение элементов

• Позиционирование элементов

• Подачу ленты

• Нанесение флюса

• Пайка

• Выравнивание струн

• Резка и разрядка струн

• Визуальный контроль

Правильный метод соединения зависит от технологии ячеек.

Ячейки PERC и TOPCon обычно можно обрабатывать с помощью обычных многополюсных стрингеров. Ячейки HJT могут требовать пайки при более низкой температуре, так как они более чувствительны к нагреву. Ячейки BC, IBC, ABC и HPBC требуют специализированного оборудования для контактной сварки с обратной стороны, поскольку их положительные и отрицательные контакты расположены на задней стороне.

Выбор стрингера должен основываться на размере ячеек, конструкции шин, типе ленты, температуре пайки и структуре модуля, а не только на заявленном количестве ячеек в час.

4. Встроенный EL-контроль струн

EL-контроль струн обычно является опциональной функцией, интегрированной в стрингер, а не отдельной машиной.

На практике большинство производителей выбирают эту опцию, особенно при производстве модулей с ячейками TOPCon, HJT или BC. При этих технологиях ячеек слабые паяные соединения, скрытые трещины и электрически неактивные области трудно выявить при обычном визуальном контроле.

Встроенный EL-контроль проверяет струну сразу после пайки. К соединенным ячейкам подается ток, и инфракрасная камера захватывает изображение электролюминесценции. Трещины, разрывы и плохие электрические соединения проявляются в виде аномальных темных областей.

Это позволяет удалять дефектные струны до укладки и ламинирования, когда ремонт или замена еще относительно просты.

Автономный EL-тестер струн может использоваться для выборочного контроля, повторной проверки или лабораторного анализа, но обычно он не требуется как отдельная производственная станция, если стрингер уже включает встроенный EL-контроль.

5. Оборудование для загрузки и контроля солнечного стекла

Солнечное стекло, поставляемое на современные заводы по производству модулей, обычно моется и подготавливается производителем стекла. По этой причине в стандартной линии производства солнечных панелей, как правило, не требуется отдельная стекломоечная машина.

Автоматический загрузчик стекла помещает подготовленное стекло на конвейер. Перед укладкой EVA или POE стекло проверяется на:

• Пыль и поверхностные загрязнения

• Царапины

• Повреждения кромок

• Сколы стекла

• Дефекты покрытия

• Неправильные размеры

Лицевое стекло образует основу стека модуля, поэтому его положение должно оставаться стабильным во время последующих процессов укладки материалов и сборки ячеек.

6. Машины для резки и укладки EVA, POE и заднего листа

Перед сборкой инкапсулянт и материалы заднего слоя должны быть обрезаны до правильных размеров модуля.

Автоматическая машина для резки и укладки может подготавливать такие материалы, как:

• Пленка EVA

• Пленка POE

• TPT или другие задние листы

• Изоляционные полосы

• Материалы для изоляции шин

После резки машина автоматически укладывает инкапсулянт на стекло.

Для модулей стекло-стекло полимерный задний лист заменяется вторым листом стекла. Компоновка линии, ламинатор и оборудование для обработки должны быть спроектированы с учетом дополнительного веса и другой структуры модуля.

Небольшие заводы могут резать EVA и материалы заднего листа вручную. Автоматическая резка и укладка становятся более ценными по мере увеличения производственной мощности, поскольку это улучшает точность размеров и снижает отходы материала.

7. Автоматическая машина для сборки

Автоматическая машина для сборки берет готовые цепочки ячеек и размещает их на стекле и инкапсулянте.

Это точный процесс. Расстояние между цепочками, выравнивание ячеек и расстояние между ячейками и краями стекла должны оставаться в пределах заданных допусков.

Плохое выравнивание легко заметить на готовой панели, но внешний вид — не единственная проблема. Неправильное положение цепочек также может повлиять на инкапсуляцию, герметизацию кромок и долгосрочную надежность модуля.

Автоматическая машина для сборки обычно использует:

• Промышленные роботы или портальные системы

• Вакуумные захваты

• Камеры машинного зрения

• Автоматическая коррекция положения

• Контроль расстояния между струнами

• Обнаружение положения стекла

Некоторые производственные линии используют отдельную машину для укладки. Другие объединяют позиционирование струн, укладку и шинирование в одном интегрированном блоке.

8. Шинирующая машина

После позиционирования струн их необходимо электрически соединить с помощью шинной ленты.

Автоматическая шинирующая машина сваривает или паяет выводы струн в соответствии с электрической схемой модуля. Она также может автоматически изгибать, обрезать и позиционировать шинные ленты.

Модули с половинными ячейками требуют особого внимания, поскольку их верхняя и нижняя секции ячеек обычно соединяются параллельно. Точка вывода обычно находится ближе к середине панели, а не вверху.

Процесс шинирования должен контролировать:

• Положение шины

• Температура сварки или пайки

• Прочность соединения

• Форма ленты

• Расстояние между струнами

• Положение выводной ленты

Слабое шинное соединение может привести к потере мощности, чрезмерному локальному нагреву или полному отказу цепи.

На небольшой полуавтоматической линии шинирование может выполняться вручную с помощью паяльного инструмента и шаблонов позиционирования. Заводы с более высокой производительностью обычно используют автоматические шинирующие машины для лучшей повторяемости и производительности.

9. EL-тестер перед ламинацией и визуальный контроль

Перед ламинацией собранный модуль должен пройти визуальный контроль и EL-тестирование.

Это последняя практическая возможность исправить многие производственные дефекты. Операторы или автоматические системы контроля проверяют наличие таких проблем, как:

• Треснувшие ячейки

• Смещенные струны

• Отсутствующие ленты

• Плохие шинные соединения

• Неправильное положение выводов

• Загрязнение внутри модуля

• Сморщенный или смещенный инкапсулянт

• Неправильное размещение задней пленки

Предварительный EL-тестер проверяет электрическое состояние всей цепочки ячеек до ее окончательной герметизации.

Ламинирование практически необратимо. Если дефект обнаружен после ламинирования, стоимость ремонта значительно выше, и во многих случаях весь модуль приходится выбрасывать.

10. Ламинатор солнечных панелей

Ламинатор герметизирует стекло, инкапсулянт, солнечные элементы и задний лист (или заднее стекло) в единую прочную структуру.

Внутри ламинатора вакуум удаляет захваченный воздух из стопки модуля. Затем тепло и давление отверждают EVA или POE, соединяя все слои вместе.

Рецепт ламинирования зависит от:

• Типа инкапсулянта

• Размера модуля

• Толщины стекла

• Структуры стекло-задний лист или стекло-стекло

• Технологии ячеек

• Требований поставщика материалов

Типичный цикл ламинирования может занимать от 10 до 20 минут, хотя фактическое время варьируется в зависимости от материалов и оборудования.

Ламинатор часто является самым медленным основным процессом в производственной линии. Поэтому на заводе может потребоваться несколько ламинаторов, работающих параллельно.

Это важный момент при расчете производственной мощности. Установка более быстрых стрингеров не увеличит конечный выход модулей, если участок ламинирования не может обрабатывать панели с той же скоростью.

Качество ламинирования напрямую влияет на адгезию, электрическую изоляцию, влагостойкость и ожидаемый срок службы модуля.

11. Оборудование для обрезки и контроля после ламинирования

После ламинирования по краям модуля остаются излишки EVA, POE или заднего листа. Этот материал необходимо удалить перед обрамлением.

На небольшой линии операторы могут обрезать края вручную. На высокопроизводительной автоматической линии обычно используется машина для обрезки краев.

Ламинированный модуль также проверяется на:

• Воздушные пузыри

• Расслоение

• Перелив инкапсулянта

• Царапины

• Повреждения стекла

• Движение ячеек

• Смещение струн

• Загрязнение внутри ламината

Автоматические переворачивающие устройства облегчают осмотр обеих сторон модуля без необходимости ручного подъема.

12. Станок для склеивания и обвязки рам

Большинство обычных солнечных панелей используют алюминиевую раму для защиты краев стекла и обеспечения механической поддержки при транспортировке и установке.

Участок обвязки рамы может включать:

• Автоматический станок для нанесения клея на раму

• Система загрузки алюминиевых рам

• Оборудование для вставки угловых ключей

• Станок для сборки рам

• Пневматический или гидравлический станок для обвязки рам

• Оборудование для пробивки отверстий в раме

Герметик наносится внутрь алюминиевых профилей перед тем, как четыре части рамы прижимаются вокруг ламинированного модуля.

Готовая рама должна быть квадратной, надежной и правильно герметизированной. Распространенные дефекты обвязки включают ослабленные углы, недостаточное количество герметика, избыток герметика, царапины и неправильные размеры рамы.

Безрамовые стекло-стекло модули могут не требовать этого процесса, в зависимости от конструкции продукта.

13. Станки для установки распределительных коробок

Распределительная коробка собирает электрический выход от цепочки ячеек и обеспечивает соединение между модулем и внешней фотоэлектрической системой.

Процесс установки распределительной коробки может включать:

• Позиционирование распределительной коробки

• Нанесение силикона или клея

• Пайка выводных лент

• Автоматическая сварка клемм

• Заливка клеем AB

• Заливка компаундом

• Проверка кабеля и разъема

Машина для пайки распределительной коробки соединяет выводные ленты модуля с клеммами распределительной коробки. Затем устройство для нанесения герметика или заливки наносит уплотнительный или заполняющий материал для защиты электрических соединений от влаги, движения и коррозии.

Клей и заливочный материал должны получить достаточное время отверждения перед финальным тестированием и упаковкой.

14. Финальный EL-тестер

Второй EL-тест обычно выполняется после ламинации или финальной сборки модуля.

Этот тест необходим, потому что новые микротрещины могут появиться во время ламинации, обрезки, обрамления или обработки материалов.

Финальное EL-изображение может выявить:

• Микротрещины ячеек

• Разбитые ячейки

• Отсоединенные пальцы

• Плохие паяные соединения

• Сломанные шины

• Электрически неактивные области

• Прерывания стринг

Программное обеспечение для автоматического анализа изображений может помочь классифицировать дефекты, но производитель все равно должен иметь четкие стандарты приемки. Система должна определять, какие дефекты допустимы, какие требуют доработки, а какие приводят к отбраковке.

15. Солнечный симулятор и I-V тестер

Солнечный симулятор, также известный как флеш-тестер или I-V тестер, измеряет электрические характеристики готовой солнечной панели при контролируемом освещении.

Тестер записывает параметры, включая:

• Максимальная мощность

• Напряжение холостого хода

• Ток короткого замыкания

• Рабочее напряжение

• Рабочий ток

• Коэффициент заполнения

• Эффективность модуля

• Полная I-V кривая

Измеренная мощность используется для сортировки панели и создания ее паспортной таблички или производственной этикетки.

Солнечный симулятор должен иметь подходящее спектральное соответствие, равномерность освещения и стабильность. Его скорость тестирования также должна соответствовать производственной мощности остальной линии. В противном случае готовые панели начнут накапливаться перед тестовой станцией.

16. Оборудование для тестирования безопасности

Электрическая мощность — лишь одна часть финального контроля качества. Панель также должна быть электробезопасной.

Обычное оборудование для проверки безопасности включает:

• Тестер высокого напряжения (Hi-pot)

• Измеритель сопротивления изоляции

• Тестер непрерывности заземления

• Тестер тока утечки

Тест Hi-pot подает высокое напряжение между внутренней электрической цепью и рамой модуля для проверки целостности изоляции.

Тест непрерывности заземления измеряет электрическое соединение между алюминиевой рамой и ее точками заземления. Проверка изоляции определяет, может ли модуль безопасно работать без опасных путей утечки.

Это обязательные производственные тесты, а не опциональные проверки качества.

17. Линия маркировки, сортировки и упаковки

После того как панель проходит электрический, безопасностный, EL и визуальный контроль, завод печатает ее этикетку с продуктом и записывает окончательные результаты испытаний.

Каждый модуль обычно получает уникальный серийный номер. На автоматической линии этот номер может быть связан с MES или системой прослеживаемости.

Завод может затем проследить готовый модуль до такой информации, как:

• Партия солнечных элементов

• Данные производства стрингера

• EL-изображения

• Станция укладки

• Рецепт ламинатора

• Станция обрамления

• Результат I-V теста

• Результат теста безопасности

• Дата и смена производства

Готовые модули сортируются по классу мощности, укладываются с защитными материалами и упаковываются для транспортировки.

Упаковка может показаться простым процессом, но неправильная укладка или недостаточная защита могут повредить хорошие модули до того, как они достигнут места проекта.

Полуавтоматический или полностью автоматический?

Завод по производству солнечных панелей не всегда требует полной автоматизации.

Полуавтоматические линии часто подходят для пилотных проектов, региональных производителей и заводов с меньшей запланированной мощностью. Операторы могут вручную выполнять шинирование, подготовку материалов, обрезку, установку соединительной коробки и визуальный контроль.

Полностью автоматические линии добавляют роботизированную обработку, автоматические конвейеры, интегрированные системы контроля, производственные буферы и отслеживаемость данных. Они обеспечивают более высокую пропускную способность и более стабильный контроль процесса, но также требуют более сильных навыков обслуживания и лучшего управления производством.

Правильный уровень автоматизации зависит от:

• Планируемая годовая мощность

• Дизайн модуля

• Технологии ячеек

• Доступные инвестиции

• Местные условия труда

• Требования к качеству продукции

• Планы будущего расширения

Не выбирайте каждую машину отдельно

Самая большая машина не всегда самая важная, и самая быстрая машина не создает самую быструю производственную линию автоматически.

Мощность должна быть сбалансирована между резкой ячеек, стрингованием, укладкой, шинированием, ламинированием, обрамлением, установкой соединительной коробки и финальным тестированием.

Завод также нуждается в вспомогательных системах, таких как:

• Автоматические конвейеры

• Производственные буферы

• Воздушные компрессоры

• Вакуумные системы

• Чиллеры

• Хранение материалов

• MES и ПО для отслеживаемости

• Пространство для обслуживания

• Зоны контроля качества

Дизайн модуля должен быть подтвержден до выбора оборудования. Линия, спроектированная для обычных PERC полноячеечных модулей, может не подойти для крупноформатных TOPCon полуячеек, HJT модулей, BC ячеек или тяжелых стекло-стекло панелей без замены нескольких машин.

Реалистичный план завода должен начинаться с целевой спецификации модуля и годовой производственной мощности. Окончательный список машин составляется после этого.

Наш взгляд прост: надежный солнечный завод — это не куча впечатляющих машин, а сбалансированная производственная система, и Ooitech может предоставить полные полуавтоматические и полностью автоматические линии по производству солнечных панелей мощностью от 5 МВт до 1,2 ГВт, проектирование планировки завода, установку, обучение, поддержку сырья и глобальное послепродажное обслуживание.